Анализ вещества неизвестного состава

I.4. Пробоподготовка.

Для проведения анализа, как правило, берут так называемую среднюю (представительну) пробу. Это небольшая часть анализируемого объекта, средний состав и свойства которой должны быть идентичными во всех отношениях среднему составу и свойствам исследуемого объекта. Различают генеральную, лабораторную и анализируемую пробы. Генеральная (первичная, большая или грубая) проба отбирается непосредственно из анализируемого объекта. Она достаточно большая – обычно 1-50 кг, для некоторых объектов ( например, руды) составляет иногда 0,5-5 т.

Из генеральной пробы путем ее сокращения отбирают лабораторную пробу(обычно от 25г до 1 кг). Одну часть лабораторной пробы используют для предварительных исследований, другую – сохраняют для возможных в будущем арбитражных анализов, третью – используют непосредственно для  анализа(анализируемая проба). В случае необходимости пробу измельчают и усредняют. Для анализируемой пробы проводят несколько определений компонента: из отдельных навесок 10-1000 мг( если анализируемый объект твердое вещество) или аликвот (если анализируемый объект - жидкость или газ). Содержание определяемого компонента в анализируемой пробе должно отражать среднее содержание этого компонента во всем исследуемом объекте, то есть анализируемая проба должна быть представительной. На сколько это важно, можно показать на следующих примерах. Так, при массе анализируемой пробы 1-10 г оценивается среднее содержание определяемого компонента в генеральной пробе массой в несколько тонн и в конечном счете – запас компонентов в месторождении. Определение содержания физиологически активного компонента в анализируемой пробе из одной или нескольких таблеток дает основание для оценки эффективности всей партии лекарственного препарата. Эти примеры показывают необходимость правильного отбора пробы. Именно погрешность в отборе пробы часто определяет общую погрешность химического анализа и, не оценив погрешности на этой стадии, нельзя говорить о правильности определения компонента в анализируемом объекте.

Чем больше материала отобрано для пробы, тем она представительнее. Однако с очень большой пробой трудно работать, это увеличивает время анализа и расходы на него. Таким образом, отбирать пробу нужно так, чтобы она была представительной и не очень большой.

Способы отбора пробы и ее величина прежде всего определяются физическими и химическими свойствами анализируемого объекта. При отборе пробы нужно учитывать:

1. Агрегатное состояние анализируемого объекта (способ отбора пробы различен для газов, жидкостей и твердых веществ);
2. Неоднородность анализируемого материала и размер частиц, в которых начинается неоднородность (чем однороднее вещество, тем проще отобрать пробу);
3. Требуемую точность оценки содержания компонентов во всей массе анализируемого объекта в зависимости от задачи анализа и природы исследуемого объекта (так, требуется большая точность при определении содержания физиологически активного компонента в лекарстве, чем при определении содержания компонента в руде для оценки рентабельности месторождения).

Один из факторов, которые нужно учитывать при выборе способа отбора пробы,- возможность изменения состава объектом и содержания определяемого компонента во времени. Например, переменный состав воды в реке, изменение концентрации компонентов пищевых продуктов и т.д.

При подготовке пробы к анализу можно выделить три основные стадии:

1. Высушивание;
2. Разложение (чаще с переведение пробы в раствор);
3. Устранение влияния мешающих компонентов.

В зависимости от цели анализа, природы объекта и выбранного места могут быть использованы различные модификации и комбинации этих стадий. В правильном проведении химического анализа роль подготовки пробы настолько велика, что химик-аналитик должен каждый раз оценить необходимость включения указанных стадий в схему анализа, установить условия проведения этих стадий и оценить возможность погрешности на каждой из них.

II. Экспериментальная часть

Качественный анализ

1.1 Подготовка вещества к анализу:

          Исследовали смесь солей, состоящую из неоднородных кристаллов белого и розового цвета, предположительно в ней содержатся катионы кобальта (Co2+). Присутствовал характерный запах уксуса, что указывает на присутствие ацетат - иона.

Смесь солей аккуратно перемешиваем, затем переводим соль  в раствор.

1.2 Переведение солей в раствор:

          Небольшое количество пробы растворяем в воде при комнатной температуре, при этом соль приобретает ярко-желтое окрашивание, нагреваем, затем центрифугируем. Образовался центрифугат розового цвета с блестящими частицами (реакция «золотого дождя»), и осадок желтого цвета, что указывает на присутствие Pb2+.  Далее проводим анализ водной вытяжки.

1.3 Систематический ход анализа смеси катионов 1-6 групп:

Предварительные испытания:

                Анализ смеси катионов 1-6 групп начинают с предварительных       испытаний на катионы: NH4+, Na+, Cr3+, Sn2+, Fe2+, Fe3+, Mn2+, Sb3+, Bi3+,  Cu2+, Cd2+, Ni2+, Co2+.

NH4+ - реактивом Несслера. Не обнаружен.

K+- добавляют 2н раствор CH3COOH до pH = 5 и раствор кобальтинитрита натрия. Наблюдаем появление желтого осадка, что говорит о присутствии калия:

2K+ + Na+ + [Co (NO2)6]3- → K2Na [Co (NO2)6] ↓

Вывод: в растворе присутствуют катионы K+.

Fe2+ - в солянокислой среде K3Fe(CN)6. Не обнаружен.

Fe3+ - в солянокислой среде K4Fe(CN)6. Не обнаружен.

Cr3+ - реакцией окисления в кислой среде до Cr2O72- и превращением последнего с помощью H2O2 в перекись хрома CrO5. Не обнаружен.

Sn2+ - окислением солями висмута Bi(NO3)3. Не обнаружен.

Mn2+- реакцией окисления до MnO42- висмутатом натрия. Не обнаружен.

Bi3+ - восстановлением до металлического висмута станнитом натрия   Na2SnO2. Не обнаружен.

Ni2+ - c диметилглиоксимом. Не обнаружен.

Co2+ - с роданидом аммония. Роданид аммония NH4SCN образует с Co2+ комплексную соль состава (NH4)2[Co(SCN)4]:

Сo2+ +(NH4)2SCN → (NH4)2[Co(SCN)4]

Образовавшаяся комплексная соль окрашивает слой амилового спирта в синий цвет. Появление синего окрашивания в слое спирта свидетельствует о присутствии ионов Co2+.

Вывод: в растворе присутствуют катионы Co2+.

Cd2+ - с иодидом калия. Не обнаружен.

Cu2+ - с гексацианоферратом калия. Не обнаружен.

Систематический анализ

1. Отделение катионов 1 группы:

              К исследуемому раствору прибавили этиловый спирт, соляную кислоту. Наблюдали выпадение осадка. В осадке присутствуют катионы I аналитической группы, а в центрифугате катионы 2-6 групп. Осадок проверили на присутствие в нем Pb2+ и Ag+.

Обнаружение Ag+. Растворы бромидов и йодидов дают с Ag+ бледно-желтый осадок AgBr и желтый осадок AgI. Ожидаемого эффекта не наблюдали, катион Ag+ отсутствует.

Обнаружение Pb2+. Йодид калия дает с Pb2+ желтый осадок PbI2.

Pb2+ + 2I-- → PbI2↓

Вывод: в растворе присутствуют катионы Pb2+.

            2. Отделение 2 группы катионов:

              К нескольким каплям исследуемого раствора добавили немного перекиси водорода и концентрированного раствора NaOH. Затем раствор нагрели. Все катионы 3 группы переходят в раствор в виде AlO2-, ZnO2-, SnO2-, CrO42-.

Катионы 4-6 групп остаются в осадке. Центрифугированием отделили осадок от раствора. Центрифугат третьей аналитической группы исследовали на присутствие катионов этой группы.

              3. Анализ катионов 3 группы:

Cr3+ - Присутствие этого катиона уже проверяли в дробном анализе. Не обнаружен.

Zn2+ - с дитизоном. Не обнаружен.

Al3+ - с ализарином. Не обнаружен.

Bi3+ - присутствие этого катиона уже проверяли в дробном анализе. Не обнаружен.

              4. К осадку содержащему катионы 4 и 5 групп при нагревании добавили немного перекиси водорода и 2н раствор HNO3. Раствор нейтрализовали по каплям 2н раствором соды, затем добавили двукратный объём концентрированного аммиака и нагрели. Процентрифугировали. При этом катионы 5 группы остались в растворе, 4 группа катионов выпала в осадок.

5. Анализ катионов 4 группы:

Mg2+ - с гидрофосфатом натрия в присутствии хлорида аммония. Не обнаружен.

Fe3+ -  в солянокислой среде K4Fe(CN)6. Не обнаружен.

Mn2+ - присутствие этого катиона уже проверяли в дробном анализе. Не обнаружен.

6. Анализ катионов 5 группы:

Co2+ - присутствие этого катиона уже проверяли в дробном анализе. Обнаружен реакцией с роданидом аммония.

Ni2+ - присутствие этого катиона уже проверяли в дробном анализе. Не обнаружен.

Cu2+ - присутствие этого катиона уже проверяли в дробном анализе. Не обнаружен.

1.4 Анализ смеси анионов

1. Обнаружение анионов дробным методом:

SO42- - с BaCl2, раствор подкисляют 2м HCl. Образование белого осадка свидетельствует о наличии сульфат-иона в растворе:

Ba2+ + SO42- → BaSO4 ↓

Вывод: в растворе присутствуют анионы SO42-.

CO32- - с HCl. Не обнаружен.

PO43- - с BaCl2. Не обнаружен.

CH3COO- - к 3-4 каплям исследуемого раствора добавляют 3-4 капли раствора H2SO4 (конц.), 1-2 капли AgNO3 (катализатор) и 3-4 капли этанола. Присутствие запаха этилацетата говорит о наличие в растворе ацетат-иона.

CH3COOH + C2H5OH → CH3COOC2H + H2O

Вывод: в растворе присутствуют анионы CH3COO-.

SCN- - с FeCl3. Не обнаружен.

C2O42- - с AgNO3. Не обнаружен.

SiO32- -с HCl. Не обнаружен.

Систематический анализ

1.1 Осаждение ионов 1 группы:

1. К анализируемому раствору, нагретому на водяной бане, добавили насыщенный раствор Sr(NO3)2. Оставили на 30 минут и процентрифугировали.

2. К центрифугату добавили раствор I2, раствор не обесцветился, значит S2O32- в растворе нет. Т.к. S2O32- в растворе нет, значит SO42- и SO32- определяем из исследуемого раствора.

SO42- - присутствие этого аниона уже проверяли в дробном анализе, поэтому в систематическом анализе реакцию на SO42- не проводим.

SO32- - с I2. Не обнаружен.

1.2 Осаждение анионов 2 группы:

К исследуемому раствору, подкисленному 2м раствором HNO3 по каплям на холоде добавляют раствор AgNO3 и центрифугируют.

Cl- - обесцвечивание малинового окрашивания фенолфталеина раствором HNO3. Не обнаружен.

I- - с KNO2, раствор стал фиолетовым, это свидетельствует о наличии I- в растворе:

2NO22- + 2I- + 4CH3COOH = I2 + 2NO + 4CH3COO- + 2H2O

Вывод: в растворе присутствуют анионы I-.

1.3 Осаждение анионов 3 группы:

NO3- - с дифениламином. Не обнаружен.

NO2- - с HCl и KI. Не обнаружен.

Вывод: Исследовав раствор на присутствие ионов, я обнаружила, что в растворе присутствуют: Co2+, K+, Pb2+, I-, CH3COO--, SO42-.

Количественное определение кобальта.

Для количественного определения кобальта используют следующие методы анализа:

              гравиметрические методы;

Гравиметрические методы определения кобальта в большинстве случаев мало селективны.

Большое значение имеют методы определения кобальта взвешиванием в виде металла. Кобальт выделяют электролизом из растворов, содержащих аммиак. Кобальт также определяют осаждением в виде сульфида или гидроокиси, которые затем прокаливают в атмосфере водорода и взвешивают металлический кобальт.

Широко распространён метод, основанный на выпаривании сернокислого раствора соли кобальта, прокаливании остатка и взвешивании CoSO4.  анализируемый раствор не должен содержать посторонних элементов. Поэтому кобальт сначала отделяют от других элементов, например осаждением в виде нитрозонафтолата.

Несколько гравиметрических методик определения основано на образовании малорастворимых солей, содержащих комплексные катионы кобальта различного состава.

Для осаждения кобальта и его последующего гравиметрического определения применяют различные органические реагенты. Ряд методов основан на осаждении ионов кобальта щавелевой, оксинафтойной, антраниловой, броматраниловой, аминонафтионовой кислотами и другими реагентами.

              фотометрические методы;

Для количественного фотометрического определения кобальта наибольшее значение имеют методы, основанные на применении органических реагентов.        Группу органических реагентов, пригодных для фотометрического определения кобальта, составляют соединения с аминогруппами – амины и аминокислоты. Есть методики определения кобальта с пиридиндикарбоновой, аминосалициловой, этилендиаминтетрауксусной и нитрилотриуксусной кислотами.